物质代谢的相互关系和调节控制

1、第十三章 物质代谢的相互关系 和调节控制,第一节 物质代谢的相互关系,一、糖代谢与脂类代谢的关系 二、糖代谢与蛋白质代谢的联系 三、脂类代谢与蛋白质代谢的联系 四、核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系 五、四大物质代谢的关系,一、糖代谢与脂类代谢的相互联系,糖,乙酰CoA,脂肪酸,磷酸二羟丙酮,-磷酸甘油,脂肪,有氧氧化,酵解,从头合成,脂肪,甘油,磷酸二羟丙酮,糖代谢,脂肪酸,乙酰CoA,琥珀酸,糖,(植物),乙醛酸循环,-氧化,糖异生,二、糖、蛋白质代谢的相互关系,蛋白质,生糖aa,草酰乙酸,三、脂、蛋白质代谢的相互关系,脂肪,脂肪酸,乙酰CoA,- 酮酸,aa,乙醛酸循环,（植物、微生物）,

2、蛋白质,生糖aa 生酮生糖aa 生酮aa,乙酰CoA,脂肪酸,丙酮酸,甘油,四、核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系,核苷酸的一些衍生物具重要生理功能（如CoA、NAD+，NADP+，cAMP，cGMP）。,核酸是细胞内重要的遗传物质，控制着蛋白质的合成，影响细 胞的成分和代谢类型, 核酸生物合成需要糖和蛋白质的代谢中间产物参加，而且需要酶和多种蛋白质因子。, 各类物质代谢都离不开具备高能磷酸键的各种核苷酸，如ATP是能量的“通货”，此外UTP参与多糖的合成，CTP参与磷脂合成，GTP参与蛋白质合成与糖异生作用。,五、四大物质代谢的关系,细胞代谢的原则及方略,将各类物质分别纳入各自的代谢途径，以少

3、数种类的反应转化种类繁多的分子。不同代谢途径可通过交叉点上的关键中间物得以沟通，形成经济有效的代谢网络。,TCA环是共同的代谢途径,关键的中间物：G-6-P, 丙酮酸，乙酰CoA,第二节 代谢的调节,代谢调节,生命是靠代谢的正常运转维持的。生命有限的空间内同时有那麽多复杂的代谢途径在运转，必须有灵巧而严密的调节机制，才能使代谢适应外界环境的变化与生物自身生长发育的需要。调节失灵便会导致代谢障碍，出现病态甚至危及生命。在漫长的生物进化历程中，机体的结构、代谢和生理功能越来越复杂，代谢调节机制也随之更为复杂。,一、酶水平调节,（一）酶活力调节,两种方式,别构调节 共价化学修饰调节,酶活力调节 酶量

4、调节,通过激活和抑制酶活性进行调节 （时间短，速度快，细调）,通过影响酶合成及分解速度进行调节（时间长，速度慢，粗调）,1. 别构调节,1）酶活力的前馈和反馈调节,通过改变酶分子构象而改变酶活力的调节。,前馈或反馈调节： 代谢底物或代谢产物对代谢过程的影响。 使代谢过程速度加快，称正作用，反之，为负作用。,直接产物抑制,终产物抑制,负反馈,2）酶分子的解离和聚合,柠檬酸促进乙酰CoA羧化酶亚基间的聚合，使之表现为催化活力。,Cyclic AMP-dependent protein kinase(PKA) is a R2C2 tetramer in mammalian cells. The tw

5、o R (regulatory) subunits bind cAMP; cAMP binding releases the R subunits from the C(catalytic)subunits. C subunits are enzymatically active as monomers.,蛋白激酶A (四聚体),3）核苷酸类化合物对代谢途径的影响,ATP、ADP、AMP等可影响EMP、TCA和氧化磷酸化等产能途径，从而调节细胞能量代谢。,ATP系统的质量作用比： ATP / ADP Pi,1）不可逆转变,某种酶可由于其它酶对其结构进行共价化学修饰，从而使其在活性形式与非活性形

6、式之间相互转变。,2. 酶的共价化学修饰调节,2）可逆转变,磷酸化和去磷酸化,例：糖原磷酸化酶,特点： 级联放大,连续代谢反应中的一个酶被激活后，连续地发生其它酶被激活，导致原始信号的放大，这种放大效应称级联放大。具有这种放大效应的连续代谢反应系统，称为级联系统（cascade system）。,（效应高， 作用快）,The hormone-activated enzymatic cascade that leads to activation of glycogen phosphorylase.,G,( 肾上腺素10-810-10 mol/L),(510-3 mol/L),（二）酶量调节,1

7、. 酶合成的诱导和阻遏,酶诱导生成作用,酶阻遏生成作用,某些物质能促进细胞内某些酶的生成。,例：乳糖可诱导-半乳糖苷酶的生成。,某些物质能阻止细胞内某些酶的生成。,例：产物Trp的存在可阻止与Trp合成有关酶的生成。,酶合成的诱导和阻遏与操纵子学说,1961年， Monod 和 Jacob E. coli 乳糖操纵子模型,操纵子（operon）： 基因表达的协调单位。包括一个控制区和一群功能相关的结构基因。控制区由启动子（promoter）和操纵基因（operator）组成。操纵基因可与调节基因产物阻遏蛋白（repressor）结合，其“开放”或“关闭”直接控制结构基因的表达。,A. 酶的诱导

8、,阻遏蛋白结合在操纵基因上，结构基因不表达。,诱导物与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白不能结合在操纵基因上，结构基因表达。,B. 酶的阻遏,代谢产物与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白能够结合在操纵基因上，结构基因不表达。,阻遏蛋白不能与操纵基因结合，结构基因可表达。,Model of the E. coli lac operon.,阻遏蛋白,E. coli 乳糖操纵子模型,乳糖操纵子模型,2. 酶的降解,饥饿：,乙酰CoA羧化酶降解速度,改变酶降解的速度以调节细胞内酶量。,二、细胞水平的调节 隔离分室效应（真核细胞）,细胞核：DNA、 RNA的合成 线粒体： TCA；电子传递链； 氧化磷酸化；脂肪酸-氧化； aa分解代谢 细胞质： EMP； 糖异生； 糖原、脂肪酸和aa合成； Pu、Py分解 核糖体 ：蛋白质的合成,不同分室进行不同的代谢过程，使代谢高效进行，互不干扰，并有利于代谢调节。,三、激素水平的调节,激素：由生物体内特殊组织或腺体合成，并经体液输送到特定作用部位，从而引起特殊激动效应的微量有机物。,（一）种类,哺乳动物,含N激素 甾醇激素（固醇类激素） 脂肪酸衍生物,蛋白质、肽类激素: 胰岛素 aa衍生物激素：肾上腺素,性激素,（二）作用机理,1. 激素作为第一信使，cAMP作为第二信使，通过改变酶活性调节代谢。（大部分含N激素，反应快）,2. 激素与细胞内受体